Slajd 1

• najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi – jego zawartość w skorupie wynosi 53,8%. Stanowi też 20,95% objętości atmosfery ziemskiej.

• Masa tlenu odpowiada za 89%masy wody i za ¾ masy naszego ciała.

• Stanowi składnik powietrza niezbędny do oddychania ludzi i zwierząt oraz do podtrzymywania wszelkich procesów spalania.

W jednym spokojnym oddechu człowiek wdycha około 500 ml powietrza, w którym jest ok. 100ml tlenu.

Bez tlenu jesteśmy w stanie przeżyć tylko kilka minut.

Tlen rozpuszczony w wodzie umożliwia życie wielkiej liczbie gatunków organizmów wodnych.

Slajd 2

Tlen jest swego rodzaju mieczem obosiecznym. Z jednej strony umożliwia komórkom uzyskiwanie poprzez oddychanie znacznie większych ilości energii niż w procesach fermentacji. Z drugiej jednak strony, tlen uszkadza składniki komórek.

• Podwyższone stężenia tlenu wpływają niekorzystnie na rośliny (↓rozwój chloroplastów, ↑anomalie wzrostu, ↓żywotność nasion).

• Tlen jest toksyczny dla człowieka i zwierząt.

Najbardziej wrażliwymi na działanie tlen są płuca i oczy. Oddychanie czystym tlenem przez 6 godzin prowadzi do odczuwalnych zaburzeń dróg oddechowych. Inne narządy są również narażone. Np. układ nerwowy. Długa ekspozycja może prowadzić do trwałych uszkodzeń mózgu i rdzenia kręgowego.

• Reaktywne formy tlenu

Slajd 3

Tlen cząsteczkowy jest utleniaczem

• Reagując ze związkami organicznymi utlenia je pobierając od nich elektrony, a sam ulega redukcji. Całkowita redukcja cząsteczki tlenu oznacza przyłączenie do cząsteczki czterech elektronów i czterech protonów, w wyniku czego powstają dwie cząsteczki wody:

Kłopot w tym, że cząsteczka tlenu nie zawsze ulega pełnej, czteroelektronowej redukcji.

W ten sposób powstają rodniki tlenowe.

Slajd 4

Anionorodnik ponadtlenkowy

Jest produktem jednoelektrodowej redukcji tlenu.

• W roztworze wodnym anionorodnik znajduje się w równowadze z uprotonowaną formą rodnikiem wodoronadtlenkowym

Anionorodnik ponadtlenkowy reaguje z większą liczbą substancji niż tlen i na ogół znacznie szybciej niż tlen. Może też reagować z samą sobą. Wynikiem takiej reakcji jest utlenienie jednego rodnika, a redukcja drugiego. Taka reakcja nazywana jest dysmutacją, a produktami są: tlen i nadtlenek wodoru.

Anionorodnik ponadtlenkowy w środowisku zasadowym reaguje wolno z aminokwasami. Może inaktywować białka zawierające centra żelazowo-siarkowe takich białek jak np. dehydratazy α.

Reaguje na ogół szybko także ze związkami redukującymi, takimi jak askorbinian czy NADH. Bardzo szybko reaguje z jonami metali(Fe³⁺, Cu ²⁺⁾, z reguły nieco wolniej z kompleksami tych metali. Stosunkowo wysoka jest również stała szybkości reakcji z kolagenem, głównym białkiem pozakomórkowym tkanki łącznej. Może przenikać przez błony komórkowe, choć ma z tym dużo większe trudności niż jego uprotonowany partner. Może przenikać przez błonę erytrocytów.

Slajd 5

Nadtlenek wodoru w stanie czynnym jest niebieskawym lepkim płynem, wrzącym w temperaturze 150`C, łatwo mieszającym się z wodą, absorbującym światło z zakresie nadfioletu.

• Produkowany w komórce w wyniku dysmutacji anionorodnika ponadtlenkowego:

• Nadtlenek wodoru jest lepszym utleniaczem , natomiast gorszym reduktorem niż anionorodnik ponadtlenkowy. Szybkość jego reakcji jest natomiast ogólnie niższa niż anionorodnika ponadtlenkowego.

• W pH zbliżonym do obojętnego nadtlenek wodoru może utleniać przede wszystkim grupy tiolowe, indolowe, imidazolowe, fenolowe i tioestrowe, a także metionylowe.

• Biologicznie istotne są przede wszystkim dwa rodzaje reakcji nadtlenku wodoru: utlenianie grup tiolowych oraz utlenianie jonów metali przejściowych ( Fe²⁺ , Cu⁺ ). Ta druga grupa reakcji prowadzi do powstawania rodnika wodorotlenkowego. Nadtlenek wodoru może łatwo przenikać przez błony komórkowe. Uszkodzenie komórek przez nadtlenek wodoru jest znacznie większe, jeżeli w środowisku obecna jest histydyna.

Slajd 6

Rodnik hydroksylowy

• Najbardziej reaktywny twór chemiczny występujący w układach żywych.

• Możliwość reagowania ze wszystkim co spotka. Więc o reakcji decyduje jedynie to czy spotka jakąś cząsteczkę czy nie. Jeżeli spotka to jest pewne na 100%, że wejdzie z nią w reakcję.

• Mała specyficzność reakcji.

• Warto wspomnieć, że ta ogromna reaktywność znalazła zastosowanie w badaniach struktury DNA z białkami.

• Jest produktem redukcji przez niektóre jony metalu.

Slajd 7

Tlen singletowy

• Oddziałuje z innymi cząsteczkami na dwa sposoby: przekazuje im energię wzbudzenia przechodząc w stan tripletowy lub wchodzi z nimi w reakcję chemiczną.

• Spośród składników kwasów nukleinowych reaguje preferencyjnie z guaniną i innymi pochodnymi purynowymi.

Najbardziej podatnymi na uszkodzenie przez tlen singletowy jest histydyna, a także metionina, tryptofan, tyrozyna i cysteina.

Slajd 9

Rysunek

Slajd 10

Mitochondria

Najważniejsze źródło RFT.

Przepływ elektronów przez łańcuch oddechowy nie jest zupełnie szczelny: pewna część elektronów, zamiast czteroelektrodowej redukcji tlenu, „przecieka” redukując tlen na drodze procesu jednoelektrodowego. W wyniku tej redukcji powstaje anionorodnik ponadtlenkowy. Jest to najważniejsze źródło tego rodnika w większości komórek aerobowych.

Elementami łańcucha oddechowego, odpowiedzialnymi za „jednoelektrodowe przeciekanie” łańcucha oddechowego są: dehydrogenaza NADH i ubichinon. Jest to reakcja konkurencyjna w stosunku do właściwych reakcji tych elementów łańcucha oddechowego, polegających na redukcji następnego ogniwa łańcucha.

Slajd 11

Peroksysomy są organellami mogącymi pełnić różnorodne funkcje w różnych tkankach np. aktywację i β-oksydację kwasów tłuszczowych, elongację kwasów tłuszczowych. W każdej tkance zawierają co najmniej jedną oksydazę flawinową wytwarzającą nadtlenek wodoru. Oksydazami takimi, zależnie od tego, z jaką tkanką mamy do czynienia , mogą być:

-Oksydaza D-aminokwasowa

-L-hydroksykwasowa

- acylokoenzymu A

-glutarylokoenzymu A

-moczanowa ( nie będąca flawoproteiną )

Peroksysomy są głównym źródłem nadtlenku wodoru w komórce, choć uwalnianiu przez nie znaczniejszych ilości nadtlenku wodoru do cytoplazmy zapobiega obecność w tych organellach katalazy. Peroksysomy są również źródłem anionorodnika ponadtlenkowego. Wytwarza je oksydaza ksantynowa oraz obecny w błonie tych organelli łańcuch transportu elektronów.

Slajd 12

Wybuch oddechowy fagocytów.

Wiadomo, że komórki fagocytujące organizmu( granulocyty, monocyty i makrofagi) reagują na cząstkę, która winna ulec fagocytozie bądź na bodziec chemiczny sygnalizujący taką sytuację ogromnym, bo kilkudziesięciokrotnym wzrostem zużycia tlenu. Fenomen ten nazwano „wybuchem oddechowym” fagocytów. Powoduje to wytwarzanie i uwalnianie na zewnątrz komórki dużych ilości anionorodnika ponadtlenkowego. Dysmutacja anionorodnika ponadtlenkowego daje nadtlenek wodoru. Wybuch oddechowy powoduje więc pojawienie się w otoczeniu komórek fagocytującychduzych ilości anionorodnika i nadtlenku. Wielkość tego procesu sprawia, że pobudzone fagocyty są jednym z głównych źródeł RFT w organizmie. Reduktorem tlenu w tej reakcji jest wewnątrzkomórkowy NADPH. NADP⁺ powstający w tej reakcji jest regenerowany do NADPH głównie w cyklu pentozofosforanowym. Enzymem katalizującym powyższą reakcję jest oksydaza NADPH.

Slajd 13

Enzymy cytochromów P450

• Mikrosomalny łańcuch transportu elektronów jest odpowiedzialny za utlenianie wileu leków, pestycydów i innych ksenobiotyków. W łańcuchu tym zostaje zredukowana forma cytochromu P-450, a następnie forma ta wiąże tlen i przeprowadza hydroksylację substratu atomu tlenu, w wyniku czego powstaje grupa –OH. Podczas przepływu elektronów przez mikrosomalny łańcuch transportu elektronów wytwarzany jest również anionorodnik ponadtlenkowy i nadtlenek wodoru. Również wewnętrzny łańcuch transportu elektronów „ przecieka” i zredukowane formy przenośników (ogniw łańcucha) mogą reagować z tlenem i w tych jednoelektrodowych reakcjach powstaje anionorodnik ponadtlenkowy.

Slajd 14

Dym papierosowy

W dymie papierosowym obecne są w wysokim stężeniu tlenek i dwutlenek azotu. Mogą one reagować z H2O2, w efekcie dając niezwykle silny utleniacz-rodnik hydroksylowy, który w sposób nie wybiórczy reaguje niejako „na ślepo” z każdą napotkaną cząsteczką. Zarówno dym tytoniowy, jak i ekstrakt wodny substancji smolistej powodują uszkodzenia DNA w warunkach in vivo i in vitro. Utleniacze w dymie tytoniowym obniżają znacznie poziom przeciwutleniaczy w surowicy osób palących. Liczne badania wykazały, że palacze tytoniu muszą przyjmować 2-3 razy większą ilość witaminy C niż osoby niepalące, do uzyskania tego samego poziomu kwasu askorbinowego we krwi.

Substancje smoliste znajdujące się w jednym „wdechu” dymu tytoniowego zawierają aż 1014 rodników, z których większość jest bardzo stabilna.

Slajd 15

Ozon

Ozon stratosferyczny jest bardzo ważny dla organizmów żywych na powierzchni Ziemi, ponieważ chroniąc nas przed mutagennym i kancerogennym działaniem promieniowania nadfioletowego. Z drugiej jednak strony ozon jest RFT, niszcząco wpływającą na nasze płuca. Jego reaktywność wyrażającą się w działaniu bakteriobójczym wykorzystujemy ozonizując wodę przeznaczoną do spożycia. Jest znacznie bardziej reaktywny niż tlen. W roztworach wodnych ozon rozpada się tworząc oraz. Może to częściowo tłumaczyć, fakt, że efekty wdychania ozonu nie ograniczają się tylko do uszkodzenia płuc, ale dotyczą również innych tkanek m.in. serca, mózgu i wątroby.

Promieniowanie jonizujące

• Powoduje rozpad wody (radioliza)

Wolnorodnikowe produkty radiolizy tworza nadtlenek wodoru

Dla eksperymentatora promieniowanie jonizujące jest bardzo wygodnym, bo „czystym źródłem RFT. W celu ich otrzymania nie trzeba dodawać do roztworu żadnych substancji, które mogłyby później przeszkadzać w doświadczeniu czy jego interpretacji. W wyniku napromieniowania w roztworze pojawiają się równocześnie różne RFT, a oprócz nich inne czynniki redukujące (elektron uwodniony, atom wodoru). Odpowiednio dobierając warunki napromieniowania możemy jednak stworzyć sytuacje, w których dominować będzie jeden typ RFT.

Metale ciężkie

Jony metali mogą występować na różnych stopniach utlenienia. Oznacza to możliwość ich utleniania w reakcji z tlenem lub nadtlenkiem wodoru i redukcji przez inne substancje, a tym samym katalizowania reakcji prowadzących do powstania RFT. Są to głównie żelazo i miedź.

• Reakcja Habera -Weissa

Adriamycyna, bleomycyna, parakwat

Są to ksenobiotyki, leki przeciwnowotworowe, które ulegają jednoelektrodowemu utlenianiu. Każda cząsteczka ksenobiotyku wytwarza In vivo wiele rodników. Ksenobiotyki te ulegają w komórce cyklicznej redukcji i cyklicznie reagują z tlenem.